矿物温压计研究简述
泥质变质岩系主要的矿物温度计与压力计
第14卷第1期2007年1月地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)Earth Science Frontiers (Chin a University of Geosciences,Beijing;Peking University)Vol.14No.1Jan.2007收稿日期:2006-08-28;修回日期:2006-12-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(40472045)作者简介:吴春明(1967)),男,博士,副教授,岩石学专业。
E -mail:w ucm@gu cas 1ac 1cn泥质变质岩系主要的矿物温度计与压力计吴春明, 肖玲玲, 倪善芹中国科学院研究生院地球科学学院,北京100049Wu Chunming , Xiao Lingling, Ni ShanqinCollege of Earth Sc ienc e,Gr adu ate Univ ersity of the Chinese Ac ade my of S cience s,Beij ing 100049,ChinaWu Chunming,Xiao Lingling,Ni Shanqin 1Main geothermometers and geobarometers in metapelites 1Earth Science Frontiers ,2007,14(1):144-150Abstract:T his paper briefly discusses the applicability,validity and er ro r so ur ce of the geo thermometer s and geo bar ometers applicable t o met apelites.T hro ug h co mpar ativ e studies,we have found that so me thermo ba -rometer s are valid and applicable,including the ga rnet -biotite and g arnet -musco vite g eothermo met ers,and the gar net -a luminosilicate -plag ioclase -quar tz (GA SP ),g arnet -biotite -plagioclase -quart z (GBPQ ),g arnet -musco -vite -plag io clase -qua rtz (G M PQ ),gar net -biotite -muscovite -aluminosilicate -quartz (G BM AQ )and g arnet -rutile -ilmenit e -plagioclase -quartz (GRIP S)g eo ba rometer s.T he present tw o -mica and muscov ite -plag ioclase g eother -mo meters are not v alid and cannot be applied.Still some thermo meters and baro met er s need to be st udied in or der to ev aluate t heir validity and a pplicability ,including the gar net -co rdierite g eo thermometer and the g arnet -cordier ite -alumino silicate -quar tz (G CAQ )and ga rnet -rutile -aluminosilicate -ilmenite -quartz (GRA IL )g eo ba -rometer s.Key words:metapelites;g eothermo metry ;g eobarometr y摘 要:简要介绍泥质变质岩中常用的温度计和压力计,对其可适用性、适用范围、质量优劣等进行了评述。
研究岩楽岩的金钥匙：角闪石-斜长石矿物温压计
文章编号：1006 - 446X (2016 ) 01—0038 - 04研究岩楽岩的金钥匙：角闪石-斜长石矿物温压计孟子岳朱飞霖张凯亮(成都理工大学地球科学学院地球化学系，四川成都610059)摘要：角闪石-斜长石温压计具有数据易得、结果可靠和应用广泛的优点，该文系统总结了角闪石-斜长石温压计的计算原理及适用条件，以及该温压计在计算岩浆体系成岩成矿的温度、压力，进而估算岩浆侵位深度及上升速率方面的应用，揭示了其在岩浆演化过程中的重要意义。
关键词：角闪石-斜长石温度计；角闪石全铝压力计；适用条件；应用实例中图分类号：T Q056.il 文献标识码：AThe Key to Research the Magmatic Rocks：Hornblende - plagioclase GeothermobarometerMENG Ziyue,ZHU Feilin,ZHANG Kailiang(Department of Geochemistry,Chengdu University of Technology,Chengdu610059,China)Abstract:Hornblende- plagioclase geothermobarometer has the advantages of the data acquired easily, reliable results and wide application.This paper summarizes the calculation principle of hornblende- plagioclase thermobarometry and applicable conditions.Besides it elaborates the use of thermobarometry in calculating the temperature and pressure of the magma system,then,estimating the depth and the rising rate of magma intrusion.It also reveals the important significance of hornblende - plagioclase geothermobarometer in the research of magma evolution.Key words：hornblende plagioclase thermometer;hornblende geobarometer;applicable conditions; application examples角闪石和斜长石是许多岩浆岩中常见的造岩矿物，由此两种矿物组成的角闪石-斜长石温压 计较其它矿物温压计具有数据易得、结果可靠等优点，并且该温压计在较大的温度(400 ~1 150 ^)、压力（0.1 ~2.3 GPa)范围内都比较稳定[1]。
第六章 矿物温度计与压力计
第六章矿物温度计与压力计温压计分类、稳定同位素温度计、微量元素温压计、常量元素温度计、温度计的标度、误差分析、常用的矿物温压计、多相平衡矿物温压计组合、相对矿物温压计、温压计计算软件、矿物结构式的计算、温压计质量评价标准6.1 概述矿物温度计-压力计、放射性同位素地质年代学是地质学走向定量化发展的两大标志。
经过大半个世纪的发展，如今已经成为成熟的地质学分支学科。
矿物温度计-压力计可以分类如下：按照温压计标度所用元素，可分为常量温压计、微量元素温度计、稳定同位素温度计三类；按照温压计标度所用方法，可以分为实验标度、经验标度、混合标度温压计三类；按照温压计适用对象，可以分为单矿物、矿物对、多矿物组合温压计三类（吴春明等，1999）。
当然，上述三种分类相互有重叠，不过这样三种分类的组合已大致能概括矿物温压计的全貌。
Spear (1995)、Will (1998)把常量元素温压计划分为离子交换温度计(ion exchange thermometer)、纯转换反应温压计(net transfer thermobarometry)、溶线温度计(solvus thermometer)，以及暂无法划分入这些温压计范畴的“其它类型”温压计。
有些温压计涉及H2O、CO2等流体，由于在使用时需要首先确定流体的活度，颇为不变，所以这里不考虑这类温压计。
自20世纪30年代以来，矿物温压计一直是方兴未艾的研究热点。
总的来说，近年来矿物温压计在如下方面有大的进展：（1）用来标度温压计的化学组分趋于复杂、也更为接近实际岩石、矿物的化学组分。
矿物活度模型也更为合理，例如近年来对石榴石活度模型的研究；（2）发现矿物成分同稳定同位素分馏系数之间存在规律(Mattews, 1994)；(3)出现了适用于估算岩浆结晶环境的压力计，例如单斜辉石压力计（Nimis, 1999）；（4）发现压力对矿物之间稳定同位素的分馏有影响(Polyakov and Kharlashina, 1997)；（5）出现了稀有元素温度计(Canil, 1999)和稀土元素温度计(Heinrich et al., 1997; Pyle, 2000)；（6）出现了显微构造温压计（Kruhl，1996）；（7）相对温压计理论更加完善（Worley B, Powell，2000）；（8）发现了适用于冲击变质作用的压力计（Fel’dman et al. 2000）；（9）一些常用的温压计得到了不断改进，例如黑云母-石榴石温度计已经改进到第29个版本，石榴石-单斜辉石温度计则经过了至少18次修正（Ravna, 2000），石榴石-白云母温度计也经过了4次修正(Wu et al., 2002)。
成因矿物学 地质温压计new
能量变化 E H 焓变 体积变化 V G ＝ RT ( i ln i ) 自由能变化 i
i
理论基础： ΔS ＝－R ( i ln i ) 熵变
化学位
i ＝ i ＋ RT ln
0
i
元素在共生矿物中的分配遵循Nernst分 配定律：
令分配系数 KD＝ 则
χ
α i
χ
0
： i
mol.%
：
摩尔百分数
：
wt% 或 wB%
质量百分数
T t
：
绝对温度（K） 摄氏温度（℃）
5 Pa） 压力（10
：
P
：
§2 成分地质温压计
§2.1 类质同象温压计 条件：矿物中某元素的类质同象代换 数量取决于温度和压力时，可作为温 压计使用。 作为温压计的矿物常常成分简单，元 素彼此成等构造代换。如闪锌矿中的 Zn—Fe的代换。
（1）X射线衍射：测定闪锌矿的晶胞参数 a0，利用图查出FeS%。 （2）根据电子探针或化学分析结果计算： Fe(wt%)/55.847(Fe原子量)/ (Fe(wt%)/ 55.847+Zn(wt%)/65.39)
例如：与黄铁矿、磁黄铁矿共生的闪锌矿 的成分是Zn 59.66(Wt%)，Fe 7.32，S 33.02。 则FeS %＝(7.32/55.847)÷
§2.2 元素分配(离子交换)温压计
一、原理： 共生的固溶体矿物，常具有某一种或某几种 相同的元素。在共生的矿物中，存在元素分 配的问题。 同样，在同一矿物晶体中，非等效结构位置 之间可以有一种或几种相同的离子（原子）， 不同结构位置之间也存在离子（原子）交换 的问题，即元素分配的问题。 元素分配是受热力学定律所支配的。
岩石热导率的温压实验及分析
岩石热导率的温压实验及分析
岩石热导率的温压实验及分析是地质学中一个重要的研究领域，它
可以帮助我们更好地了解地球内部的温度和压力状况。
岩石热导率的
温压实验及分析主要是通过测量岩石在不同温度和压力下的热导率来
实现的。
岩石热导率的温压实验及分析主要分为三个步骤：首先，在实验室中，将岩石样品放入一个特殊的容器中，并在容器中加入一定量的水，然后将容器放入一台特殊的温压机中，并将温压机的温度和压力调节
到预定的值；其次，在温压机中，将岩石样品加热，并记录岩石样品
的温度变化；最后，根据岩石样品的温度变化，计算出岩石样品在不
同温度和压力下的热导率。
岩石热导率的温压实验及分析可以帮助我们更好地了解地球内部的
温度和压力状况，从而更好地研究地球内部的物质组成和结构，以及
地球内部的热能分布情况。
此外，岩石热导率的温压实验及分析还可
以帮助我们更好地了解地球的演化过程，从而更好地预测地球未来的
发展趋势。
岩石学-No.21-2(第二节 基于变质反应的地质温压计)
第二节基于变质反应的地质温压计现代变质岩石学研究，已经不满足于定性地判定某一变质岩属于什么变质相。
还要尽量去求得变质作用的具体温度和压力条件，这就要求有简便易行的地质温度计和压力计。
地质温度计和压力计的基本思路是：1）找出一个适当的平衡相组合，使之能给出相组分间的两个反应式；2）解出该两个反应式的平衡温压条件，该两个平衡的反应线在PT图上必有一交点，这是这两个反应在一个岩石中达到平衡时的P-T条件，即该组合平衡的PT值。
几种常见的温压计：1、Opx-Cpx （二辉石）温度计基本依据：Opx-Cpx固溶体反应之间的Mg分配平衡关系：（MgSiO)Opx=(MgSiO3)Cpx3En DiWells (1977)利用莫里(Mori & Green)等人的实验数据，采用二元溶液混溶模型拟合出下列方程：lnK –3.355 + 7341/T = A =2.44X opx Fe经整理后可得：该式中X Opx Fe =Fe 2+/(Fe 2++Mg),lnK = ln(a Cpx Mg2Si2O6/a Opx Mg2Si2O6 )，a Cpx Mg2Si2O6 代表单斜辉石中Mg 2Si 2O 6组分的活度。
例如：T = 7341/（3.355+2.44X Opx Fe -lnK ）2、Gt-Opx 温度计基本依据：Fe-Mg在Gt和共生的含铝Opx之间的交换反应：（Mg3Al2Si3O12) +3FeSiO3=（Fe3Al2Si3O12) +3MgSiO3例如：Harley (1984)得到如下温度计算公式：T=3740+1400X Gt Gro+22.86P/（RlnK D Fe-Mg+1.96）该式中:T的单位为K；K D=（Fe/Mg）Gt/（Fe/Mg）Opx;X Gt Gro =（Ca/(Ca+Fe+Mg))Gt,3、Gt-Cpx 温度计基本依据：Gt-Cpx之间的Fe-Mg交换反应：（Fe3Al2Si3O12)+3CaMgSi2O6=（Mg 3Al2Si3O12)+3CaFeSi2O6Ellis and Green (1979)到如下温度计算公式：该式中:分配系数KD =（Fe2+/Mg）Gt/(Fe2+/Mg)Cpx例如：T (℃)=(3030+10.86P(K D)+3104X Gt Ca)/(lnK D+1.9034)4、Gt-Bi 温度计基本依据：Gt-Bi之间的Fe-Mg交换反应：（Fe3Al2Si3O12)+KMg3AlSi3O10(OH)2=（Mg3Al2Si3O12)+KFe3AlSi3O10(OH)2Ferry and Spear (1978)下温度计算公式：例如：该式中T的单位为K，分配系数KD =（Fe2+/Mg）Gt/(Fe2+/Mg)BiT =(4151+0.019P)/(RlnK D+1.554)5、Gt-Opx 压力计基本依据：是与Gt共生的Opx中Al2O3含量主要随压力的增大而降低Mg2Si2O6+MgAl2SiO6=（Mg3Al2Si3O12)含铝的Opx PyrHarley and Green (1982)得到如下压力计算公式：该式中:P 的单位为kbar ；T 的单位为K例如：[])101,18.41(/)1(98.1783.183)21(;)1/()1(8l M1l M1l M13l M1l M1Pa kbar J Cal kbar Cal X X Vr Al X X X X K A A Opx A Ca Gt A A ==-+-=∆=--=6、Pl-Gt-Al2SiO5-Q (GASP)压力计其基本依据是净转换反应：3 CaAl2Si2O8= Mg3Al2Si3O12 +2Al2SiO5+SiO2An Gro Als Q例如：Spear (1993)得到如下压力计算公式：150.66T-0.6608P+RTlnK-48357=0该式中: P的单位为MPa；T的单位为K;K=(a Gt Gro)/(a Pl An)3。
第五章 矿物温度计与压力计.ppt
• 矿物温度计与压力计是成矿作用研究的基础材 料之一，也是矿床学应用的重要矿物包裹体测温法、矿物测温法和 同位素测温法，其中应用最广和最有效的方法是矿物包裹 体测温法。
第一节 稳定同位素温度计
• 稳定同位素温度计灵敏度高，且不受压 力影响，可测定各种温度。其中，氧同 位素和硫同位素较常用。
• 硫辉化钼物矿＞—黄H2铁S达矿到＞平闪衡锌时矿各(磁种黄硫铁化矿物)富＞3H4S2S的＞大黄致铜顺矿序： ＞(HS-)＞铜蓝＞方铅矿＞辰砂＞辉铜矿(辉锑矿)＞辉 银矿＞S2-。
• 三、稳定同位素计温的条件
• 共生矿物队必须满足下列条件：
• 1.共生矿物间的同位素达到平衡。
• 2.平衡的同位素分馏系数要有规律地随温度变 化—分馏系数要较大，即共生矿物对间⊿差值越 大，测温灵敏度也越高。
• 1000 lnα石-方=Δ石-方=0.60（106T-2）
T 0.6106
• T=774.60-273=501.60℃
• δ18O水计算
• 利用测得的δ18O石英、包裹体测温数据和温度计 算公式来计算。
• 1000 lnα石英-水=3.38×106T-2 -3.40
• 1000 lnα石英-水= δ18O石英－ δ18O水
第二节 包裹体温度计和压力计
• 目前主要用的是均一法和爆裂法。 • 均一法反映了成矿溶液温度的下限； • 爆裂法反映了成矿溶液温度的上限。 • 矿物包裹体按成因划分为三种： • 原生包体：矿物生长过程中的； • 次生包体：矿物后期后结晶的； • 假生包体：动力变质后重结晶的。 • 包裹体温度法不仅能得到矿物形成温度资料，
• 一、氧的同位素地质温度计： • δ值 • δ（‰）=[(R样/R标-1]× 1000 • 同位素分馏系数α与δ值的关系：
吴春明教授温压计(2015)
多硅白云母+滑石+蓝晶石+石英 组合
P(GPa)= 12.361Si − 40.766 + 0.065T ( C)
o
多硅白云母+滑石+蓝晶石+柯石英组合
P(GPa) = −2.6786Si 2 +43.975Si+0.01253T ( oC) − 113.9995
Anderson (1996)根据该压力计图解拟合 不同矿物组合中，白云母Si含量与压力的关系明显不同， 该压力计的使用最好与视剖面图相互印证为最好(魏春景等, 2009)。
1. 变质“单矿物”常量元素温度计、压力 计
1.1 泥质变质岩、长英质变质岩 1.2 基性变质岩 1.3 超基性变质岩
2. 变质“单矿物”微量元素温度计 3. 变质副矿物微量元素温度计
1.1 泥质变质岩、长英质变质岩
白云母 Ti 温度计 (Wu and Chen, 2015) Lithos
2K(Al2)(AlSi3)O10(OH)2 + FeTiO3 + SiO2 Ms Ilm Qz
1.3 超基性变质岩 单斜辉石Cr温度计、压力计
石榴橄榄岩，石榴子石+单斜辉石共生
1.3 超基性变质岩
单斜辉石Cr温度计、压力计
Cpx T(K) Cr* T(K) Cpx P(kbar) = − ln[a CaCrTs ]+15.483ln[ ]+ +107.8 126.9 T(K) 71.38
3. 变质副矿物微量元素温度计－金红石+锆石+石英组合
TitaniQ 石英Ti温度计
log(X Qz Ti )=5.69 − 3765.0 / T (K)
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cience 本项研究得到国家 九五 攀登计划青藏项目(编号:KZ951-A1-204-01-05)资助。
本研究受国家重点基础研究专项经费资助,系中国科学院青藏高原研究项目(KZ951-A1-204-01-05)成果。
矿物温压计研究简述
吴春明 潘裕生 王凯怡
(中国科学院地质研究所,北京,100029)
90年代以来,矿物温压计研究有了很大进展,具体表现在以下几个方面:
(1)标度的温压计数量大增。
(2)选择的化学组分更为全面。
(3)固溶体模型更为合理。
充分考虑了矿物固溶体的非理想混合性质,如Hoisch(1989)二云母温度计、Berman 等(1995)石榴石单斜辉石温度计等都充分考虑了固溶体的非理想混合性质。
Sengupta 等(1989)、Berman(1990)提出的Ca -M g -Fe -M n 四元石榴石固溶体模型、Sack 和Ghiorso(1994)提出的辉石固溶体模型、Ghiorso(1984)提出的斜长石固溶体模型,都较以前的模型更精确、合理。
(4)交换能(Margules 参数)与温度、压力的函数关系研究大有进展。
Berman(1990)的四元石榴石固溶体模型精确地给出了交换能同p ,T 函数关系;K och -Muller 等(1992)在橄榄石斜方辉石压力计研究中,推导出了橄榄石固溶体交换能同p ,T 精确函数关系。
把交换能看作变量,提高了温压计精度。
(5)出现了自相校验的温压计组合。
一般用于平衡共生的3~5个矿物。
理论上,根据矿物平衡反应建立起来的数个温压计方程所对应的一组曲线,在p -T 图上应该相交于一点。
用于实际矿物组合时,如果所得结果相差较大,则说明矿物组合不是平衡共生的,而很有可能是多世代矿物的叠加结果。
Hoisch(1990)研究得出了含石英黑云母斜长石石榴石矿物组合的温压计组合(含4个温压计),Nichols 等(1992)也研究得出了锌尖晶石堇青石石榴石矿物组合的温压计组合(含10个温压计),均得出了一些有意义的结论。
(6)出现了根据矿物晶内平衡标度的单矿物温
压计。
如Molin 和Zanazzi(1991)研究得出的普通辉石单矿物温度计充分考虑了普通辉石晶体内M 1,M 2位置上Fe,M g 离子的平衡配置,已成为矿物晶内平衡标度的经验型温压计。
(7)温压计误差分析有了新进展。
Monte Carlo 方法被广泛采用,现今标度的大部分温压计都附有精度数值、(多元)相关系数、适用范围等项内容。
(8)发现了矿物成分和同位素分馏系数的关系。
Mattews(1994)发现,石英钠质辉石、石英绿帘石之间氧同位素分馏系数和相应的矿物固溶体中端员组分相对含量之间有较精确的函数关系。
(9)发现压力对同位素平衡有影响。
以往人们认为压力对同位素平衡没有影响。
Polyakov 和K harlashina(1994)发现,数GPa 的压力足以引起金红石方解石之间氧同位素、石墨金刚石之间碳同位素的分馏。
同位素平衡被较高的压力所打破,在一定程度上动摇了同位素温度计的理论基础。
(10)稀土元素温压计初露端倪。
Heinrich 等(1997)发现,共生的单斜独居石、四方磷钇矿之间Sm,Nd 的分配同温度、压力有函数关系,据此可标度稀土元素温压计。
(11)出现了显微构造温压计。
Kruhl(1996)研究了不同变质程度岩石中石英颗粒边界形态,发现在1GPa 下低温石英稳定区域内,晶棱型亚晶边界占绝对优势,基面型亚晶边界不发育,而在高温石英稳定区域内,两种亚晶边界都发育,形成棋盘格状。
Kruhl (1996)作出了亚晶形态的p-T 范围图。
石英亚晶边界有望成为一种显微温压计,因为在显微镜下很容易区分亚晶形态,又无需矿物化学成分资料,不过目前它的精度只有 100 , 0 3GPa,还不能实用。
第6卷第1期1999年3月
地学前缘(中国地质大学,北京)
Earth S Frontiers (China U niversity of Geosciences,Beijing)
Vol 6No 1Mar.1999
28。